[转帖]H-2A——日本航天运载新希望

H-2A——日本航天运载新希望
======================== 东 旭 ========================

　　昂贵的H-2
　　日本人很喜欢用“希望”一词给航天器命名。他们研制中的不载人小型航天飞机叫希望号。他们用于探测火星的行星B探测器在上路后也改称希望号（尽管这两个“希望号”在用词和含义上是有区别的）。但在旧世纪逝去、新千年到来之时，日本航天的前景却笼罩在接连失败的阴云之中。在多起重大航天事故中，日本宇宙开发事业团造价高昂的H-2火箭的接连两次发射失败尤为惨痛，因为这两次失败不光造成了重大经济损失，更重要的是玷污了日本在商业卫星发射能力方面的名声。
　　H-2的首次发射事故发生于1998年2月，造成失败的原因是第二级发动机燃烧室破裂。第二次失败是1999年11月15日发生的，原因据称是第一级发动机燃料管路开裂。第二次失败给宇宙开发事业团、航空局和气象厅造成343亿日元（合3.188亿美元）的损失。这次失败还导致宇宙开发事业团取消了H-2火箭剩下的一次发射，并暂时中止了它的其它计划。宇宙开发事业团此举的目的是要集中其财力研制出成本更低、性能更高的H-2A型火箭，寄希望于利用这种新型火箭使其走出目前的低谷。
　　在商业用户眼里，H-2从来都不是一种有吸引力的火箭，但宇宙开发事业团希望H-2A能改变这种不被看好的局面，成为发射市场上的热销箭种。宇宙开发事业团于1984～1994年用10年时间花费2700亿日元的巨资研制出了H-2火箭，可谓“十年磨一箭（剑）”，但随后却发现其发射成本过高，每次发射需花190亿日元。从1996年起，该机构开始投资900亿日元研制改进型的H-2A，力图把发射成本降低一半，达到与阿里安、宇宙神和质子号火箭不相上下的水平。实际上，据宇宙开发事业团航天运输系统办公室负责航天运输规划的官员解释，H-2火箭的发射成本如以日元计算，同最初的估计没有太大的出入。他说，造成价格过高的一条重要原因是在火箭研制过程当中，美元对日元的比价大幅度下跌，从240日元兑换1美元跌到了大约100日元兑换1美元，从而使H-2的发射价格难以为国外用户所接受。
　　H-2火箭起飞重量260吨，是为接替三级H-1型火箭而研制的。H-1火箭起飞重量140吨，可把550公斤的有效载荷送入静地轨道。 该火箭在1986～1991年间发射了9次。它是日本第一种采用国产液氧/液氢发动机的火箭，在第二级上采用了LE-5氢氧发动机。氢氧发动机的效率是其它液体燃料火箭的1.5倍，但由于液氢的蒸发点温度低（约为零下250摄氏度），所以这种发动机的研制有相当大的难度。H-1的第一级发动机采用液氧/RJ-1煤油作为推进剂，与宇宙开发事业团早期的N-1和N-2火箭一样。
　　H-2火箭的两级都采用氢氧发动机。第一级的LE-7发动机是新研制的，而第二级的LE-5A发动机是在H-1第二级发动机的基础上改进而成的。两种发动机均由三菱重工业公司负责研制。该火箭还捆绑了两台固体火箭助推器（SRB，也由三菱重工研制），可把2吨重的卫星送入静地轨道。H-2火箭自1994年2月首次发射后，总共进行了7次发射，失败2次。这样的成功率与其昂贵的“身价”和日本人精益求精的工作作风极不相称。两次失败的故障都出在推进系统上，引起了宇宙开发事业团和日本政府对火箭生产过程中质量控制措施的重视。今年2月10日，由文部省宇宙科学研究所研制的M-5固体运载火箭在发射一颗天文卫星时也发生失败，使政府和各航天部门更加深信日本的航天计划问题不校
　　正是在这种情况下，原定于今年2月份进行的H-2A火箭的首次发射已被推迟到2001年。在此期间，有关方面将对新火箭的第一和第二级发动机及固体助推器做进一步的验证试验。一些航天官员希望来自宇宙开发事业团其它项目的经费和人力将使H-2A能一举成功，从而挽救日本的航天发射工业。他们同时承认，日本航天发射业目前仍处在“非常非常危险”的境地。
　


　简单而可靠的H-2A
　　H-2A在设计上追求简单和可靠。同H-2相比，其最大的变化是在由三菱重工制造的液体发动机和固体助推器上。H-2A的基本型称为H2A202，采用两台SRB-A型捆绑助推器。根据宇宙开发事业团的预测，该型火箭的可靠性在0.97以上。H-2A还准备发展一种加装一台液体火箭助推器（LRB)的重型型号，称为H2A212，可靠性据预测将超过0.96。不过宇宙开发事业团同时表示，这些对可靠性的预测是以60%的置信水平做出的。无论如何，H-2A火箭最终能否实现这样的高可靠性，都需在实际发射中检验。
　　H-2A的第一级采用经过改进的LE-7A氢氧发动机，其海平面推力为1100千牛，明显高于H-2所用的LE-7发动机（海平面推力为845千牛）。为了简化生产工艺，降低成本和风险，该发动机及第一级火箭更多地使用了铸造和机械加工工艺，减少了焊接工艺。
　　H-2的SRB固体捆绑助推器采用聚丁二烯复合装药，分4段制造，每台的推力为1556千牛。H-2A所用的SRB-A助推器也用复合推进剂，但改用整体制造技术，所用技术由美国锡奥科尔公司引进。这种新工艺不仅降低了重量，而且提高了结构的完整性。新助推器的单台推力也提高到了2254千牛。
　　H-2A第二级所用的LE-5B发动机推力为138千牛，也比H-2第二级LE-5A发动机的推力（117千牛）高。除推力提高外，两者的主要区别还体现在液氧和液氢贮箱的构造上。H-2第二级的两个贮箱是作为单个焊接件而一起生产的，较大的液氢贮箱焊装在液氧贮箱上方。H-2A第二级的两个贮箱分开制造，简化了生产过程，并可提高安全性。这种方法的缺点是会使重量有所增加。
　　引 进 技 术
　　日本当初研制H-2时，目标是要实现100%国产化，但H-2A没有这种限制。例如，第二级燃料贮箱的一些组件就是从美国进口的。另外，H-2A还更多地采用了商用元器件。这些都有利于降低火箭的造价。
　　H-2A采用与H-2相似的捷联式惯性制导与控制系统，包括一种新研制的惯性测量装置（使用环形激光陀螺）和一台制导计算机。该系统可对两级火箭的发动机进行推力矢量控制。第二级上还另外装有一台气体喷射反作用控制系统。H-2A火箭的电气系统也进行了简化，采用了1553B数据总线。箭上的很多计算机和遥测设备是由著名的日本电气公司（NEC）提供的，而惯性测量系统则来自日本航空电子工业公司。箭上装有一套自动化诊断系统，可显著缩短射前处理时间。
　　如上所述，H-2A火箭的发射成本要降低到H-2的大约一半，即85亿日元左右。如果一切顺利的话，宇宙开发事业团将陆续推出H-2A系列中的各个型号。其中的H2A202、H2A2022和H2A2024（除2台SRB-A外另外采用0、2和4台固体捆绑助推器）的静地转移轨道运载能力将是4～4.5吨。装有1台LRB液体助推器的H2A212型静地转移轨道运载能力为7.5吨，准备采用一种加大的整流罩。LRB采用两台LE-7A发动机。H2A212型的首次发射将在H-2A首次发射之后一年进行。宇宙开发事业团甚至还在研究能力更强的一种型号，称为H2A222（除SRB-A外，再捆绑2台LRB），其静地转移轨道能力将达到9.5吨。
　　所有这些设想最终能否实现，在很大程度上要取决于一年后H-2A首次发射的成败。休斯公司和劳拉公司已分别在H-2A火箭上进行了10次发射的订座。但这些订单只有在头两次发射平安无事的情况下才会转为实实在在的发射合同。 □H-2A——日本航天运载新希望
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　　昂贵的H-2
　　日本人很喜欢用“希望”一词给航天器命名。他们研制中的不载人小型航天飞机叫希望号。他们用于探测火星的行星B探测器在上路后也改称希望号（尽管这两个“希望号”在用词和含义上是有区别的）。但在旧世纪逝去、新千年到来之时，日本航天的前景却笼罩在接连失败的阴云之中。在多起重大航天事故中，日本宇宙开发事业团造价高昂的H-2火箭的接连两次发射失败尤为惨痛，因为这两次失败不光造成了重大经济损失，更重要的是玷污了日本在商业卫星发射能力方面的名声。
　　H-2的首次发射事故发生于1998年2月，造成失败的原因是第二级发动机燃烧室破裂。第二次失败是1999年11月15日发生的，原因据称是第一级发动机燃料管路开裂。第二次失败给宇宙开发事业团、航空局和气象厅造成343亿日元（合3.188亿美元）的损失。这次失败还导致宇宙开发事业团取消了H-2火箭剩下的一次发射，并暂时中止了它的其它计划。宇宙开发事业团此举的目的是要集中其财力研制出成本更低、性能更高的H-2A型火箭，寄希望于利用这种新型火箭使其走出目前的低谷。
　　在商业用户眼里，H-2从来都不是一种有吸引力的火箭，但宇宙开发事业团希望H-2A能改变这种不被看好的局面，成为发射市场上的热销箭种。宇宙开发事业团于1984～1994年用10年时间花费2700亿日元的巨资研制出了H-2火箭，可谓“十年磨一箭（剑）”，但随后却发现其发射成本过高，每次发射需花190亿日元。从1996年起，该机构开始投资900亿日元研制改进型的H-2A，力图把发射成本降低一半，达到与阿里安、宇宙神和质子号火箭不相上下的水平。实际上，据宇宙开发事业团航天运输系统办公室负责航天运输规划的官员解释，H-2火箭的发射成本如以日元计算，同最初的估计没有太大的出入。他说，造成价格过高的一条重要原因是在火箭研制过程当中，美元对日元的比价大幅度下跌，从240日元兑换1美元跌到了大约100日元兑换1美元，从而使H-2的发射价格难以为国外用户所接受。
　　H-2火箭起飞重量260吨，是为接替三级H-1型火箭而研制的。H-1火箭起飞重量140吨，可把550公斤的有效载荷送入静地轨道。 该火箭在1986～1991年间发射了9次。它是日本第一种采用国产液氧/液氢发动机的火箭，在第二级上采用了LE-5氢氧发动机。氢氧发动机的效率是其它液体燃料火箭的1.5倍，但由于液氢的蒸发点温度低（约为零下250摄氏度），所以这种发动机的研制有相当大的难度。H-1的第一级发动机采用液氧/RJ-1煤油作为推进剂，与宇宙开发事业团早期的N-1和N-2火箭一样。
　　H-2火箭的两级都采用氢氧发动机。第一级的LE-7发动机是新研制的，而第二级的LE-5A发动机是在H-1第二级发动机的基础上改进而成的。两种发动机均由三菱重工业公司负责研制。该火箭还捆绑了两台固体火箭助推器（SRB，也由三菱重工研制），可把2吨重的卫星送入静地轨道。H-2火箭自1994年2月首次发射后，总共进行了7次发射，失败2次。这样的成功率与其昂贵的“身价”和日本人精益求精的工作作风极不相称。两次失败的故障都出在推进系统上，引起了宇宙开发事业团和日本政府对火箭生产过程中质量控制措施的重视。今年2月10日，由文部省宇宙科学研究所研制的M-5固体运载火箭在发射一颗天文卫星时也发生失败，使政府和各航天部门更加深信日本的航天计划问题不校
　　正是在这种情况下，原定于今年2月份进行的H-2A火箭的首次发射已被推迟到2001年。在此期间，有关方面将对新火箭的第一和第二级发动机及固体助推器做进一步的验证试验。一些航天官员希望来自宇宙开发事业团其它项目的经费和人力将使H-2A能一举成功，从而挽救日本的航天发射工业。他们同时承认，日本航天发射业目前仍处在“非常非常危险”的境地。
　


　简单而可靠的H-2A
　　H-2A在设计上追求简单和可靠。同H-2相比，其最大的变化是在由三菱重工制造的液体发动机和固体助推器上。H-2A的基本型称为H2A202，采用两台SRB-A型捆绑助推器。根据宇宙开发事业团的预测，该型火箭的可靠性在0.97以上。H-2A还准备发展一种加装一台液体火箭助推器（LRB)的重型型号，称为H2A212，可靠性据预测将超过0.96。不过宇宙开发事业团同时表示，这些对可靠性的预测是以60%的置信水平做出的。无论如何，H-2A火箭最终能否实现这样的高可靠性，都需在实际发射中检验。
　　H-2A的第一级采用经过改进的LE-7A氢氧发动机，其海平面推力为1100千牛，明显高于H-2所用的LE-7发动机（海平面推力为845千牛）。为了简化生产工艺，降低成本和风险，该发动机及第一级火箭更多地使用了铸造和机械加工工艺，减少了焊接工艺。
　　H-2的SRB固体捆绑助推器采用聚丁二烯复合装药，分4段制造，每台的推力为1556千牛。H-2A所用的SRB-A助推器也用复合推进剂，但改用整体制造技术，所用技术由美国锡奥科尔公司引进。这种新工艺不仅降低了重量，而且提高了结构的完整性。新助推器的单台推力也提高到了2254千牛。
　　H-2A第二级所用的LE-5B发动机推力为138千牛，也比H-2第二级LE-5A发动机的推力（117千牛）高。除推力提高外，两者的主要区别还体现在液氧和液氢贮箱的构造上。H-2第二级的两个贮箱是作为单个焊接件而一起生产的，较大的液氢贮箱焊装在液氧贮箱上方。H-2A第二级的两个贮箱分开制造，简化了生产过程，并可提高安全性。这种方法的缺点是会使重量有所增加。
　　引 进 技 术
　　日本当初研制H-2时，目标是要实现100%国产化，但H-2A没有这种限制。例如，第二级燃料贮箱的一些组件就是从美国进口的。另外，H-2A还更多地采用了商用元器件。这些都有利于降低火箭的造价。
　　H-2A采用与H-2相似的捷联式惯性制导与控制系统，包括一种新研制的惯性测量装置（使用环形激光陀螺）和一台制导计算机。该系统可对两级火箭的发动机进行推力矢量控制。第二级上还另外装有一台气体喷射反作用控制系统。H-2A火箭的电气系统也进行了简化，采用了1553B数据总线。箭上的很多计算机和遥测设备是由著名的日本电气公司（NEC）提供的，而惯性测量系统则来自日本航空电子工业公司。箭上装有一套自动化诊断系统，可显著缩短射前处理时间。
　　如上所述，H-2A火箭的发射成本要降低到H-2的大约一半，即85亿日元左右。如果一切顺利的话，宇宙开发事业团将陆续推出H-2A系列中的各个型号。其中的H2A202、H2A2022和H2A2024（除2台SRB-A外另外采用0、2和4台固体捆绑助推器）的静地转移轨道运载能力将是4～4.5吨。装有1台LRB液体助推器的H2A212型静地转移轨道运载能力为7.5吨，准备采用一种加大的整流罩。LRB采用两台LE-7A发动机。H2A212型的首次发射将在H-2A首次发射之后一年进行。宇宙开发事业团甚至还在研究能力更强的一种型号，称为H2A222（除SRB-A外，再捆绑2台LRB），其静地转移轨道能力将达到9.5吨。
　　所有这些设想最终能否实现，在很大程度上要取决于一年后H-2A首次发射的成败。休斯公司和劳拉公司已分别在H-2A火箭上进行了10次发射的订座。但这些订单只有在头两次发射平安无事的情况下才会转为实实在在的发射合同。 □